創新是發展的不竭動力，成果轉化是發展的基石。近年來，航空工業特飛所腐蝕防護中心緊緊圍繞創新與轉化兩個主題，著眼前沿技術，打造研發創新團隊，整合優勢資源與智力，將職工創新的涓涓細流匯聚成腐蝕防護中心發展的新動能，為院所的持續發展貢獻力量。

    以預研為基礎 緊跟技術前沿

    表面處理技術在結構防腐蝕中占有相當的地位。隨著國家海洋戰略的提出實施，提升裝備海洋環境下抗腐蝕能力成為當前的研究熱點。鋁合金、鈦合金、鋁鋰合金是航空領域大量使用的結構材料，陽極氧化是這類輕金屬材料最常用的表面處理方法。實際使用過程中發現，普通的陽極氧化處理在我國南海海域高溫、高濕、高熱的環境特性下難以滿足裝備的抗腐蝕需求，一些裝備和地面設備的腐蝕問題越來越突出，給使用和維護提出了更高的要求。

    腐蝕防護中心表面工程組緊跟現代表面技術的發展，以預研課題為基礎，吸收、引進、消化國內外先進的表面技術，開展先進技術在航空領域的適應性研究工作，為技術的工程化應用打下了堅實的基礎。其中鋁合金、鈦合金的微弧氧化技術在航空領域的工程化應用研究就走出了一條以吸收、消化、再創新的發展之路。某課題提出了將典型結構耐蝕性處理方法的中性鹽霧試驗指標提高到 800h 以上，普通的陽極氧化只能達到 336h 的水平。接到課題后，通過調研和考察，發現微弧氧化陶瓷技術是一種在鋁、鎂、鈦等輕金屬合金表面原位生長陶瓷層的表面改性技術。其原理是置于電解質中的鋁、鎂、鈦工件表面發生火花放電，放電過程中產生的微區高溫高壓條件使工件表層的原子與電解質中處于電離狀態的活化氧離子反應，生產具有陶瓷結構特征的陶瓷氧化層。該陶瓷層硬度高、耐磨性好、與基體結合力強、耐腐蝕、耐高溫氧化、絕緣性好，特別適用于高速運動且需要高耐磨、耐腐蝕、抗高溫沖擊的輕金屬合金零部件。該技術于 90 年代后期引入國內開始研究，沒有經典的理論，經過近 20 年的發展已逐步應用于鋁合金、鈦合金、鎂合金要求耐磨、耐腐蝕的零件的表面處理。同時微弧氧化處理的槽液沒有有害物質，過程中基本沒有廢液排放，屬于環境友好型的表面處理技術，完全符合國家表面處理技術發展的要求。

    吸收消化 創新發展

    經過反復論證確定將微弧氧化作為實現該指標的表面處理技術進行重點研究，并成立了微弧氧化研究團隊，開展技術攻關，系統性研究微弧氧化技術在航空領域的工程應用。

    研究之初主要以基礎研究為主，在實驗室反復開展試片級的氧化試驗，掌握微弧氧化的基本原理和工藝，研究氧化電參數、槽液參數、氧化時間對微弧氧化膜層的影響，同時開展不同厚度的膜層特性的研究，為工程應用打下堅實的基礎。

    航空工業要求高的可靠性和技術成熟度，安全第一是行業最突出的特點，因此也被行業外戲稱為“保守”。微弧氧化作為一項新技術要實現在航空工業的應用需要進行大量的研究，積累試驗數據并開展在飛機上的適應性研究工作。隨著研究的深入，發現微弧氧化處理對材料的疲勞性能有影響，承力構件對疲勞要求很高，必須積累疲勞數據，為后續的工程應用提供數據支撐。目前項目團隊正在持續進行鋁合金、鈦合金、鎂合金經微弧氧化處理后材料的疲勞特性研究。

    通過試片級的研究，項目組對微弧氧化有了系統全面的認識，隨著研究的深入，擺在面前的就是工程化適應性研究，這也是研究的關鍵。毋庸置疑，實驗室和工程化是有著較大差別的，工程化必須解決三個問題，一是工藝，解決零件（工件）的氧化和質量的穩定性；二是性能，評估考核工件的防護效果；三是標準化，形成規范，指導生產。

    工程化研究可謂是風險與挑戰共存，特別是在開展鈦合金大型工件的微弧氧化研究時項目團隊走出了一條引進—創新—再發展的道路。受氧化電源的限制，現有的微弧氧化技術不論國際還是國內，微弧氧化設備一次氧化處理工件的表面積一般不超過 3m 2 。目前只能保證在小型零部件的表面進行微弧氧化處理后膜層的均一性，對于大型部件只能采取多次氧化處理即分段式微弧氧化，其結果是一方面在工件的表面出現印痕，影響工件的力學性能；另一方面分段式氧化會在局部產生燒蝕，造成微弧氧化膜層的剝落。通過調研，項目組引進了具有先進水平的掃描式微弧氧化氧化技術，該技術在鋁合金表面應用的比較成熟，解決了鋁合金大型工件（氧化面積超過 4m 2 ）的氧化問題，已經在海軍艦船上實現了工程應用，經過驗證完全滿足艦船鋁合金大型部件的防腐蝕需求。

    在吸收消化該技術后，進行了平板件的試驗，氧化后檢查發現確發現，鈦合金表面存在大量的燒蝕點和膜層局部脫落現象，大家產生了疑問，是技術問題還是工藝操作問題？項目組反復進行了數次試驗，表面燒蝕現象依然嚴重。完全照搬是行不通的，需要進行針對性研究改進！

    首先從理論著手，通過系列分析及專家咨詢，最終確認造成鈦合金氧化膜表面燒蝕和局部膜層脫落現象的原因主要有四個方面，一是電場強度及分布顯著影響微弧氧化成膜過程。

    現行使用的大型鋁合金部件掃描陰極為開放式，陰極所產生的電場為扇形，正對陽極物件的地方強，其他地方弱，所形成的氧化膜厚度與電場強度有關。電場強度強的地方氧化膜就厚，弱的地方就薄。隨著陰極移動，原成膜區的電場會越來越弱，弱電場不能使原有氧化膜均勻擊穿放電，鑒于電場的邊緣效應，放電常發生在物件的邊緣或有缺陷的部位（如砂眼、氣孔或放電微孔），造成局部過流而燒蝕或表層疏松層剝落。

    二是微弧氧化形成的氧化膜具有燒結陶瓷的基本屬性。鋁合金微弧氧化膜基本為陶瓷相的 α-Al2O3，鈦合金微弧氧化膜多為金紅石型 TiO2 陶瓷，氧化鋁陶瓷的熔點高于氧化鈦陶瓷的熔點。三是鋁合金成膜的電壓（500V-680V）遠高于鈦合金（350V-520V）。因此高壓形成的鋁合金氧化膜的致密性要比鈦合金高的多，抵御燒蝕的能力也會高于鈦合金；四是二次氧化時，電壓由低到高升壓過程中也可造成物件邊緣的氧化膜局部剝落或燒蝕；氧化過程中，施加能量過高時亦可造成氧化膜燒蝕或表面疏松層脫落。找到原因后，項目組對掃描式陰極的構型進行了研究和重新設計，通過開展封閉式陰極和半封閉式陰極的氧化分析，通過大量的理論分析計算和試驗，創新性提出了“前部適度敞開，后部徹底封閉”的陰極構型，并對掃描速度進行了微調。付出總有回報，在更改設計和參數微調后，成功解決了鈦合金大型工件的微弧氧化難題，并申報了鈦合金大尺寸掃描式微弧氧化技術專利，為后續的工程應用奠定了堅實的基礎。

    結語

    中心的發展離不開各專業組、項目組、各研發團隊堅強有力的技術支撐。圍繞中心的發展定位，不斷提高團隊的技術水平和業務能力，大膽創新，勇于擔當，不畏困難，在其崗盡其責，齊心協力為中心的發展添磚加瓦！

    ●  作者簡介

    王小龍，男，1980 年生，畢業于武漢科技大學材料學專業，碩士研究生學歷，主要從事結構材料表面處理、結構腐蝕防護設計、飛機清洗劑研發等工作，發表核心論文十余篇，先后主持或參與完成了多個型號研制、預研課題及橫向技術協作項目。